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Une bonne compréhension du développement humain précoce est essentielle si nous voulons améliorer les technologies de procréation assistée et prévenir les fausses couches et les anomalies congénitales Cependant, étudier le développement précoce est un défi – peu d’embryons humains sont disponibles et la recherche est soumise à des contraintes éthiques et juridiques considérables L’émergence de techniques utilisant des cellules cultivées in vitro pour construire des modèles d’embryons de mammifères ouvre donc des opportunités intéressantes1 Deux articles dans Nature font maintenant des progrès clés dans ce domaine, montrant que les cellules souches embryonnaires humaines2 ou les cellules reprogrammées à partir de tissus adultes2,3 peuvent être induites à s’auto-organiser dans une boîte, formant des structures qui ressemblent à des embryons humains précoces Il s’agit du premier modèle intégré d’embryon humain contenant des types cellulaires liés à toutes les lignées cellulaires fondatrices du fœtus et de ses tissus de soutien

Chez les mammifères, un œuf fécondé subit une série de divisions cellulaires au cours des premiers jours de développement, conduisant à la formation d’une structure appelée blastocyste Le blastocyste contient une couche cellulaire externe appelée trophectoderme, qui entoure une cavité contenant un amas de cellules appelé masse cellulaire interne (ICM) Au fur et à mesure que le blastocyste se développe, l’ICM est séparé en deux populations de cellules adjacentes – l’épiblaste et l’hypoblaste (connu sous le nom d’endoderme primitif dans les embryons de souris) Le blastocyste s’implante ensuite dans le tissu utérin, préparant le terrain pour un événement appelé gastrulation, dans lequel les cellules épiblastiques donnent naissance aux trois couches cellulaires de base qui formeront le fœtus entier. Le trophectoderme continue à former la majeure partie du placenta et l’hypoblaste forme certaines couches d’une structure appelée sac vitellin, qui est nécessaire à l’apport sanguin précoce du fœtus.

Les premiers modèles in vitro à récapituler la formation de blastocystes à l’aide de cellules cultivées (structures appelées blastoïdes) utilisaient des cellules souches de souris correspondant aux cellules souches trouvées dans l’épiblaste, le trophoblaste et l’endoderme primitif dans le blastocyste de souris4–6 Cependant, la génération de blastoïdes similaires à partir de cellules humaines n’a pas été réalisée jusqu’à présent1 Les modèles précédents de développement humain précoce utilisaient des cellules souches humaines d’un développement similaire à celui des cellules épiblastiques post-implantation et pré-gastrulation7–9 En tant que tels, bien qu’ils puissent récapituler certaines étapes du développement humain post-implantatoire, ils manquaient de lignées associées au trophectoderme, à l’hypoblaste ou aux deux.

Dans les articles actuels, Yu et al.2 et Liu et al3 décrire les blastoïdes humains La clé de ces avancées technologiques semble avoir été double: premièrement, l’utilisation de cellules représentatives de lignées dans le blastocyste humain; et deuxièmement, l’optimisation des protocoles de culture

Yu et coll. a commencé avec des cellules souches embryonnaires humaines, qui sont dérivées de blastocystes humains, ou des cellules souches pluripotentes induites, qui sont générées à partir de cellules adultes Il est important de noter que ces deux types de cellules souches sont similaires sur le plan du développement aux cellules épiblastiques du blastocyste et peuvent également donner lieu à des lignées liées au trophectoderme et à l’hypoblaste. En revanche, Liu et al cellules de peau adulte reprogrammées appelées fibroblastes pour former une population de cellules mixtes contenant des cellules avec des profils d’expression génique similaires à ceux des cellules de l’épiblaste, du trophectoderme et de l’hypoblaste Comme dans les protocoles blastoïdes de souris 4-6, les deux approches impliquaient l’ensemencement des cellules dans des boîtes de culture 3D appelées plaques Aggrewell, et leur traitement avec un milieu de croissance liquide contenant des facteurs chimiques pour contrôler les activités de signalisation nécessaires au développement du blastocyste (Fig 1) Yu et ses collègues ont traité les cellules avec deux types différents de milieu de culture en séquence, pour favoriser la différenciation des cellules en lignées représentatives du trophectoderme et de l’hypoblaste

Figure 1 | Générer des blastoïdes humains Les blastocystes sont des structures formées au début du développement des mammifères qui comprennent trois types de cellules qui donneront naissance à l’embryon, au placenta et à un tissu de soutien appelé sac vitellin Deux groupes rapportent des méthodes in vitro pour générer des blastoïdes humains, qui modélisent étroitement les blastocystes a, Yu et al2 utilisaient des cellules souches pluripotentes humaines (hPSC), qui peuvent donner lieu à des lignées liées à tous les types de cellules dans le blastocyste Les hPSC ont été isolées à partir de blastocystes humains ou générées par reprogrammation de cellules humaines adultes Les auteurs ont placé des hPSC dans des boîtes de culture 3D appelées plaques Aggrewell et ont utilisé un processus de culture en deux étapes pour déclencher la formation de blastoïdes humains. b, en revanche, Liu et al3 cellules humaines adultes reprogrammées en types de cellules qui avaient des profils d’expression génique correspondant aux trois types de cellules trouvés dans les blastocystes (certaines cellules de types inconnus ont également été générées, indiquées par des couleurs différentes) Ils ont utilisé un processus de culture 3D en une seule étape pour générer le blastoïde (Dans les deux protocoles, les blastoïdes contenaient des cellules de type inconnu, non représentées)

Les deux groupes ont constaté que les blastoïdes humains émergeaient après 6 à 8 jours de culture, avec une efficacité de formation allant jusqu’à près de 20%, comparable à l’efficacité des protocoles blastoïdes de souris4–6 Les blastoïdes humains étaient de taille et de forme similaires aux blastocystes naturels, avec un nombre total de cellules similaire Ils contenaient une cavité et un cluster de type ICM

Une caractérisation détaillée des blastoïdes (y compris une analyse de l’expression à l’échelle du génome et des comparaisons avec des données d’embryons humains) a montré que leurs lignées cellulaires partagent des similitudes moléculaires avec celles du blastocyste humain préimplantatoire. L’organisation spatiale des lignées liées à l’épiblaste, au trophectoderme et à l’hypoblaste est cohérente avec celle trouvée dans les embryons humains pré-implantatoires Les groupes ont également démontré que les cellules blastoïdes ont des propriétés clés des lignées de blastocystes – les cellules isolées des blastoïdes pourraient être utilisées pour générer divers types de cellules souches Yu et coll. ont montré que, si ces cellules souches étaient transplantées dans des blastocystes de souris, elles donnaient naissance à des cellules qui pourraient s’intégrer aux lignées de souris correspondantes dans l’embryon de souris

Ensuite, les chercheurs ont analysé le développement ultérieur des blastoïdes à l’aide d’un test établi qui imite l’implantation dans l’utérus dans des boîtes de culture. Comme les blastocystes, lorsque les blastoïdes ont été cultivés dans ce test pendant quatre à cinq jours, certains se sont attachés à la boîte de culture et ont continué à se développer Dans une partie de ces blastoïdes attachés, la lignée cellulaire représentative de l’épiblaste s’est réorganisée en une structure renfermant une cavité centrale – rappelant la cavité pro-amniotique, qui se forme dans l’épiblaste des blastocystes post-implantatoires Et dans certains blastoïdes, la lignée cellulaire liée au trophectoderme s’est étendue et a montré des signes de différenciation en types de cellules placentaires spécialisées. Yu et coll. a également observé une deuxième cavité dans la lignée cellulaire liée à l’hypoblaste dans certains blastoïdes, semblable à la cavité du sac vitellin

Ensemble, les données des groupes démontrent que les blastoïdes humains sont des modèles in vitro prometteurs de développement de blastocystes pré-implantatoire et post-implantatoire précoce Cependant, il y a des limites notables à surmonter Par exemple, le développement des blastoïdes est inefficace et varie entre les lignées cellulaires produites par différents donneurs et entre les lots expérimentaux De plus, les trois lignées semblent se développer à des rythmes légèrement différents chez les blastoïdes simples, et le développement des blastoïdes dans le même plat semble non synchronisé. L’organisation spatiale de la lignée liée aux hypoblastes chez les blastoïdes reste à améliorer De plus, les blastoïdes contiennent des populations de cellules non identifiées qui n’ont pas d’équivalent dans les blastocystes humains naturels

Un autre défi est que le développement des blastoïdes est limité aux stades post-implantatoires, contrairement aux blastoïdes de souris4–6 Une optimisation supplémentaire de la culture et des conditions expérimentales sera nécessaire pour améliorer la culture au stade post-implantation des blastoïdes humains in vitro, jusqu’à l’équivalent de 14 jours in vivo. Des règles éthiques strictes empêchent la culture d’embryons humains au-delà de ce stade, lorsque les structures associées à la gastrulation commencent à apparaître Des systèmes tridimensionnels pour la culture de blastocystes humains10, qui favorisent efficacement le développement post-implantatoire, pourraient aider à améliorer notre capacité à cultiver des blastoïdes jusqu’à cette limite, en maintenant l’architecture tissulaire 3D normale et les relations spatiales entre les différentes lignées cellulaires dans les blastoïdes.

Les blastoïdes humains sont les premiers modèles d’embryons humains dérivés de cellules cultivées in vitro et possédant toutes les lignées cellulaires fondatrices du fœtus et de ses tissus de soutien Au fur et à mesure que les protocoles sont optimisés, ces blastoïdes imiteront plus étroitement les blastocystes humains Cela conduira inévitablement à des questions de bioéthique Quel devrait être le statut éthique des blastoïdes humains et comment devraient-ils être réglementés? La règle des 14 jours devrait-elle s’appliquer? Il faudra répondre à ces questions avant que la recherche sur les blastoïdes humains puisse se poursuivre avec la prudence requise Pour de nombreuses personnes, l’étude des blastoïdes humains sera moins difficile d’un point de vue éthique que l’étude des blastocystes humains naturels Cependant, d’autres pourraient considérer la recherche sur les blastoïdes humains comme une voie vers l’ingénierie des embryons humains. Ainsi, le développement continu de modèles d’embryons humains, y compris les blastoïdes humains, appelle des conversations publiques sur la signification scientifique de ces recherches, ainsi que sur les questions sociétales et éthiques qu’elles soulèvent.

Warmflash, A, Sorre, B, Etoc, F, Siggia, E ré & Brivanlou, A H Nature Methods 11, 847–854 (2014)

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La nature

ISSN 1476-4687 (en ligne)

Blastocyste, cellule, recherche, embryon

Actualités – FR – Premier modèle complet de l’embryon humain
Titre associé :
Premier modèle complet de l’embryon humain
Les blastocystes induits sont des modèles pour les premiers stades de développement
Science et blastocystes

Source: https://www.nature.com/articles/d41586-021-00581-3

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